JPH06229336A

JPH06229336A - エンジンの吸気加熱装置

Info

Publication number: JPH06229336A
Application number: JP5034672A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Okano; 隆行岡野
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1993-01-29
Filing date: 1993-01-29
Publication date: 1994-08-16

Abstract

(57)【要約】【目的】暖機時にヒータによって吸気を加熱し燃料の
気化および霧化を促進させるとともに暖機後はヒータへ
の通電を停止して発電負荷の増大を抑え、かつ、通電を
停止する際にヒータ温度が急に低下して気化・霧化が悪
化し空燃比変動が発生して燃焼状態が不安定になるのを
防止する。【構成】燃料噴射弁から噴射される燃料の噴霧が当た
る位置にヒータを配置するとともに、ＥＧＲ装置による
排気ガスの導入口を、排気ガス熱がヒータに作用する位
置に設ける。そして、ヒータへの通電量をエンジン水温
に応じてデューティ制御する。その際、エンジン水温が
所定水温に達するまではヒータ制御のデューティ比を１
００％とし、エンジン水温が所定水温以上では暖機進行
に伴ってデューティ比を０％まで徐々に低減する。ま
た、ＥＧＲ開始水温に達すると上記デューティ比の低減
度合を大きくする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はエンジンの暖機時に吸気
を加熱して燃料の気化および霧化を促進させるよう吸気
系にヒータを配置したエンジンの吸気加熱装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】エンジンの吸気通路内にあって燃料噴射
弁から噴射された燃料の噴霧が当たる位置に突出するよ
う電気的なヒータを配置し、エンジンの暖機時に燃料噴
霧を高温のヒータに当てることによって燃料の気化およ
び霧化を促進させるようにした吸気加熱装置が従来から
提案されている。そして、この種の吸気加熱装置の場合
に、ヒータ熱による気化・霧化改善を期待する必要のな
い暖機後までヒータを作動させていたのでは、電力消費
が増大し発電負荷が大きくなって燃費性能が悪化すこと
から、通常は、エンジン温度によってヒータへの通電量
を制御し、エンジン温度が所定温度以上ではヒータへの
通電を停止するようにしたものが多い。

【０００３】また、それとは別に、例えば特開平１−２
７３８４４号公報に記載されているように、エンジンに
供給された混合気の空燃比を排気センサによって検出
し、この検出値が目標値となるよう空燃比をフィードバ
ック制御するエンジンの空燃比制御装置において、揮発
性の低い粗悪燃料を使用する場合などは、フィードバッ
ク制御の制御利得をエンジン温度が低いほど小さく設定
することによってエンジン温度が低い時の空燃比変動を
小さくし回転数変動を抑制するようにしたものが知られ
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の吸気加熱装置で
はエンジン暖機時に燃料の気化および霧化を促進させる
ヒータへの通電をエンジン温度が所定温度に達した時に
いきなり停止するが、その場合に、通電停止後は吸気流
や燃料噴霧によって冷却されるため、ヒータの温度が急
速に下がり、燃料の気化・霧化が悪化して吸気ポート壁
面に燃料が付着し、その結果、最初は混合気がリーンと
なり、次いで、付着燃料が流入すると逆にリッチになる
というように、通電停止直後は燃料噴射の度に空燃比が
変動し、燃焼状態が不安定となってエンジン回転数の変
動が大きくなってしまう。また、特にヒータが吸気通路
内に突出している場合は、通電停止後はヒータがコール
ドスポットとなって逆に燃料の気化・霧化を阻害し、ま
た、燃料がヒータに付着し、しずくとなって燃焼室に流
入するので、通電停止直後の空燃比変動が一層大きくな
る。

【０００５】上記特開平１−２７３８４４号公報記載の
空燃比制御装置は、フィードバック制御の制御利得をエ
ンジン温度が低いほど小さく設定するものであって、エ
ンジン回転数が所定温度に達しヒータへの通電を停止す
る時に発生する上記のような空燃比変動の抑制にも効果
があると考えられるが、実際には、ヒータへの通電を停
止した時のヒータ温度の変化にはエンジン運転領域（吸
入空気量等）によって差があり、空燃比変動の程度にば
らつきが大きいため、確実に効果が上がるように制御利
得の切換設定を行うことは困難である。

【０００６】本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
であって、暖機時にはヒータによって吸気を加熱し燃料
の気化および霧化を促進させるとともに、暖機後はヒー
タへの通電を停止して発電負荷の増大を抑え、かつ、通
電停止に伴ってヒータ温度が急に低下して気化・霧化が
悪化し空燃比変動が発生するの防止することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係るエンジンの
吸気加熱装置は、吸気系に配置されたヒータと、エンジ
ンの暖機状態を検出する暖機検出手段と、この暖機検出
手段の出力を受けて、エンジンの暖機時に吸気を加熱し
燃料の気化および霧化を促進させるようヒータに通電す
るヒータ通電制御手段と、暖機検出手段の出力を受け
て、エンジンの暖機進行に伴い前記ヒータの熱量を徐々
に低下させるよう通電制御手段の設定を変更してヒータ
への通電量を完全非通電まで徐々に低減させる通電量設
定低減手段とを備えたことを特徴とする。

【０００８】また、吸気系に排気ガスを導入する排気ガ
ス還流装置を備えたエンジンにおいて、排気ガス熱によ
るヒータの保温効果を得るためには、導入される排気ガ
スの熱がヒータに作用する位置に排気ガス導入口を設定
するのが有効であり、その場合に、排気ガス熱によって
ヒータが保温される分ヒータへの通電量を低減すること
が可能で、したがって、この場合、排気ガス還流装置の
作動時には非作動時に比べて通電量設定低減手段による
通電量低減の度合を大きくするよう低減度合調整手段を
設けるのがよい。また、その低減度合調整手段は、排気
ガス還流装置によって吸気系に導入される排気ガス量が
多い程ヒータへの通電量の低減度合を大きくするのがよ
い。

【０００９】

【作用】エンジン暖機時にはヒータが通電され、ヒータ
によって吸気が加熱されて燃料の気化および霧化が促進
される。そして、暖機が進むと、暖機進行に伴ってヒー
タの熱量が徐々に低下していくようヒータへの通電量が
完全非通電まで徐々に低減され、その結果、ヒータへの
通電の停止に伴う燃料の気化・霧化の悪化が防止され、
空燃比変動が抑制される。

【００１０】また、排気ガス還流装置の排気ガス導入口
から導入される排気ガスの熱によってヒータの保温効果
を得る場合に、排気ガス熱によってヒータが保温される
分、暖機進行に伴う通電量低減の度合が大きくされる。
また、導入される排気ガス量が多い程、通電量の低減度
合が大きくされる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００１２】図２は本発明の一実施例の全体システム図
である。この実施例のエンジンにおいて、エンジン本体
１はピストン２の往復運動によって容積が変化する燃焼
室３を備えている。また、エンジン本体１には上記燃焼
室３に開口するよう吸気ポート４および排気ポート５が
形成されるとともに、吸気ポート４の燃焼室３への開口
部には吸気弁６が、排気ポート５の燃焼室３への開口部
には排気弁７がそれぞれ配置されている。これら吸気弁
６および排気弁７は、図示しない弁駆動機構によりクラ
ンク角同期で開閉される。

【００１３】上記吸気ポート４には吸気通路８が接続さ
れ、吸気通路８の先端はエアクリーナ９を介して大気に
連通している。そして、吸気通路８にはサージタンク１
０が形成され、サージタンク１０の上流にはスロットル
弁１１が配置され、スロットル弁１１の上流でエアクリ
ーナ９の直下流の位置には吸入空気量を計測するエアフ
ローセンサ１２が配設されている。また、吸気通路８に
はエンジン本体１との接続部近傍にエンジンコントロー
ルユニット１３によって制御される燃料噴射弁１４が配
置されている。また、吸気通路８とエンジン本体１との
接続部には、上記燃料噴射弁１４から噴射される燃料の
噴霧が当たる位置にやはり上記エンジンコントロールユ
ニット１３によって通電制御される電気式のヒータ１５
が配置されている。

【００１４】一方、上記排気ポート５には排気通路１６
が接続され、排気通路１６には排気ガス浄化用の触媒装
置１７が設けられている。また、排気通路１６には上記
触媒装置１７の上流に排気ガス中の酸素濃度によってエ
ンジンの空燃比を検出するＯ₂センサ１８が設置されて
いる。

【００１５】また、この実施例のエンジンは、ＮＯ_x排
出量を低減する手段としてＥＧＲ（排気ガス還流）装置
を備えている。すなわち、排気通路１６の上流部から排
気ガスの一部を取り出して吸気系に導入するＥＧＲ通路
１９が設けられ、このＥＧＲ通路１９の途中には上記エ
ンジンコントロールユニット１３によって制御されるＥ
ＧＲ制御弁２０が介設されている。そして、このＥＧＲ
装置は、吸気通路８への排気ガス導入口が、上記ヒータ
１５の直上流、導入された排気ガスがヒータ１５に当た
る位置に設定されている。

【００１６】エンジンコントロールユニット１３には、
上記エアフローセンサ１２から吸入空気量信号が入力さ
れ、上記Ｏ₂センサ１８から空燃比信号が入力される。
また、このエンジンにはクランク軸回転角を検出するク
ランク角センサ２１とエンジン冷却水温度（エンジン水
温）を検出する水温センサ２２が配置され、また、スロ
ットル弁開度を検出するスロットルセンサ２３が設けら
れて。これらセンサからのクランク角信号，エンジン水
温信号およびスロットル弁開度信号がエンジンコントロ
ールユニット１３に入力される。

【００１７】上記ヒータ１５への通電量はエンジン水温
に応じてデューティ制御される。図３にこの実施例のヒ
ータ制御におけるエンジン水温とデューティ比（通電Ｏ
Ｎの時間割合）との関係を示す。図に示すようにエンジ
ン水温が所定水温Ａ’に達するまではヒータ制御のデュ
ーティ比は１００％で、エンジン水温がＡ’に達した後
は徐々にデューティ比が低減され、水温Ａ”において０
％（完全非通電）とされる。なお、このようにデューテ
ィ比を徐々に低減するような制御を行わないで所定水温
Ａでいきなり通電ＯＮから通電ＯＦＦに切り換えるよう
にした従来一般のヒータ制御を図３に一点鎖線で示す。
また、デューティ比の低減が始まった後、所定水温Ｂに
おいてＥＧＲが開始されると、ヒータ制御のデューティ
比は低減度合が大きくなるよう調整される。

【００１８】また、ＥＧＲ作動に伴うヒータ１５への通
電量の低減はＥＧＲ量が多い程低減度合が大きくされ
る。図４はこのＥＧＲ制御のデューティ比とヒータ制御
のデューティ比との関係を示す。ＥＧＲ制御のデューテ
ィ比が大きい（ＥＧＲ量が多い）程、ヒータ制御のデュ
ーティ比は小さくされる。

【００１９】また、同一ＥＧＲ量でもエンジンの暖機状
態が異なるとヒータの保温効果が異なることから、ＥＧ
Ｒ作動に伴うヒータ１５への通電量の低減はエンジンの
暖機状態に応じて調整される。すなわち、図５に示すよ
うに、エンジン水温が高くなるにつれて同一ＥＧＲ量に
対しヒータ制御のデューティ比が小さくされる。

【００２０】また、エンジンの減速燃料カット時には、
燃料復帰時の気化・霧化のためにヒータ温度を高める必
要があるということから、暖機移行の際のヒータ制御の
デューティ比低減度合が通常時より小さくされ、また、
アイドル時には通常より緩慢にデューティ比低減が行わ
れる。図６は減速燃料カット時，アイドル時および通常
時におけるそれぞれのヒータ制御のデューティ比特性を
示す。図において、は減速燃料カット時におけるヒー
タ制御のデューティ比特性、はアイドル時の同デュー
ティ比特性、は通常運転時の同デューティ比特性であ
る。

【００２１】燃料噴射弁１４からの燃料噴射量は、基本
的にはエンジン回転数と吸入空気量に基づいて演算さ
れ、それにエンジン水温等による各種補正が加えられ
る。そして、演算された噴射量に応じた噴射パルスによ
って燃料噴射弁１４が駆動される。また、エンジン水温
が所定値以上で、エンジンの回転数および負荷が予め設
定されたフィードバック領域内にある時は、Ｏ₂センサ
１８によって検出される空燃比が目標値に収束するよう
燃料噴射量がフィードバック補正される。

【００２２】図７は上記フィードバック補正ためのフィ
ードバック補正係数（ＣＦＢ）の設定例を示す。この図
に示すように、Ｏ₂センサの出力がリーン側からリッチ
側に変化した時は空燃比をリーン側に制御し、リッチ側
からリーン側に変化した時は空燃比をリッチ側に制御す
るよう比例項（Ｐ値という）および積分項（Ｉ値とい
う）によってフィードバック補正係数（ＣＦＢ）が設定
される。また、フィードバック補正係数が急に変化した
場合は、燃料噴射量の急変により気化・霧化に変動に生
じて空燃比が変動するので、Ｏ₂センサ１８の出力がリ
ーン側からリッチ側へ、また、リッチ側からリーン側へ
反転してから所定時間遅れてフィードバック補正係数が
変化するよう遅延時間（ディレー）が設けられる。

【００２３】そして、エンジン水温が例えば図３に示す
所定水温Ａよりも低い時は、ヒータ１５が作動し気化・
霧化が良好であって、燃料遅れが小さいということか
ら、フィードバック補正係数（ＣＦＢ）を規定する制御
利得（Ｐ値およびＩ値）を大きくするとともに上記遅延
時間を小さくし、エンジン水温が所定水温Ａ以上の時
は、ヒータ１５による気化・霧化促進が期待できず、燃
料遅れによる空燃比変動が生じやすいということから、
制御利得を小さくし、また、遅延時間を大きくするよう
切換制御が行われる。この実施例では、ヒータ１５への
通電量が上記所定水温Ａを含む図３のＡ’〜Ａ”の水温
範囲で徐々に低減されることにより、ヒータ温度は図８
に実線で示すように徐々に低下し、運転領域（吸入空気
量等）によって破線のようにばらつきが生ずるものの、
従来のように通電，非通電をＯＮ・ＯＦＦ的に切り換え
た場合の温度特性（一点鎖線）と比較してエンジン水温
との相関関係が明確となり、したがって、上記制御利得
および遅延時間の切換設定が容易である。

【００２４】図９は上記ヒータ制御を実行するフローチ
ャートである。Ｓ１０１〜Ｓ１０７はその各ステップで
あって、スタートすると、Ｓ１０１でエンジン水温，エ
ンジン回転数，スロットル弁開度といった各種信号を読
み込む。そして、Ｓ１０２でエンジン回転数およびスロ
ットル弁開度によって減速燃料カットゾーンかどうかを
判定し、燃料カットゾーンであれば、Ｓ１０３へ進んで
図６のの特性によりエンジン水温に応じてヒータ制御
のデューティ比を決定する。

【００２５】また、Ｓ１０２の判定で燃料カットゾーン
でないというときは、Ｓ１０４でエンジン回転数および
スロットル弁開度によってアイドル時かどうかを判定す
る。そして、アイドル時であれば、Ｓ１０５へ進み、図
６のの特性によりエンジン水温に応じてヒータ制御の
デューティ比を決定する。

【００２６】また、Ｓ１０４の判定でアイドル時でない
というときは、Ｓ１０６へ進み、図６のに示す特性に
よってエンジン水温およびＥＧＲデューティ比に応じて
ヒータ制御のデューティ比を決定する。そして、Ｓ１０
３，Ｓ１０５あるいはＳ１０６で決定したデューティ比
の制御信号をＳ１０７でヒータへ出力し、リターンす
る。

【００２７】図１０は上記燃料噴射制御を実行するフロ
ーチャートである。Ｓ２０１〜Ｓ２１４はその各ステッ
プであって、スタートすると、Ｓ２０１でエンジン水
温，Ｏ₂センサ出力といった各種信号を読み込む。そし
て、Ｓ２０２でエンジンが稼動中かどうかを判定し、稼
動中というときはＳ２０３へ進む。

【００２８】Ｓ２０３では、空燃比フィードバック制御
の制御利得および遅延時間を低温側のヒータ作動時設定
に切り換える条件が成立しているかどうかをエンジン水
温が所定水温Ａより低いかどうかで判定する。そして、
エンジン水温が所定水温Ａより低いときは、Ｓ２０４へ
進み、フィードバック条件が成立しているかどうか、つ
まり、エンジンの回転数と負荷が所定フィードバック領
域内かどうかを判定し、フィードバック条件が成立して
いれば、Ｓ２０５でＯ₂センサ出力反転によるフィード
バック補正係数変化の遅延時間を比較的小さい値である
Ｂに設定し、次いで、Ｓ２０６でフィードバック制御利
得（Ｆ／Ｂゲイン）を比較的大きい値であるＧ_Aに設定
する。

【００２９】また、Ｓ２０４の判定でフィードバック条
件が不成立であれば、フィードバック補正を行わないと
いうことで、Ｓ２０７で制御利得を０にする。

【００３０】また、Ｓ２０３の判定でエンジン水温が所
定水温Ａ以上というときは、Ｓ２０８へ進み、フィード
バック条件が成立しているかどうかを判定し、フィード
バック条件が成立していれば、Ｓ２０９でＯ₂センサ出
力反転によるフィードバック補正係数変化の遅延時間を
比較的大きい値のＣとし、次いで、Ｓ２１０で制御利得
を比較的小さい値のＧ_Bとする。

【００３１】また、Ｓ２０８の判定でフィードバック条
件が不成立のときは、Ｓ２１１で制御利得を０にする。

【００３２】このようにしてそれぞれの場合に応じて制
御利得を設定し、また、遅延時間を設定した後、Ｓ２１
２でこれら制御利得および遅延時間を元にフィードバッ
ク制御によって燃料噴射量を演算する。また、Ｓ２０２
の判定でエンジンが稼動していないというときは、Ｓ２
１３で燃料噴射量を０とする。そして、Ｓ２１４で燃料
噴射弁（インジェクタ）１４に噴射信号を出力する。

【００３３】

【発明の効果】本発明は以上のように構成され、暖機時
にはヒータに通電して吸気を加熱し暖機後はヒータへの
通電を停止するので、燃費性能の悪化を防止しつつ燃料
の気化および霧化を促進させることができ、かつ、通電
停止が徐々に行われるので、ヒータ温度が急速に低下し
て燃料の気化および霧化が悪化するのを防止し、空燃比
変動が生じて燃料状態が不安定となるのを防止すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の全体構成図

【図２】本発明の一実施例の全体システム図

【図３】本発明の一実施例のヒータ制御におけるエンジ
ン水温とヒータ制御のデューティ比との関係を示す基本
特性図

【図４】本発明の一実施例のヒータ制御におけるＥＧＲ
制御のデューティ比とヒータ制御のデューティ比との関
係を示す特性図

【図５】本発明の一実施例のヒータ制御におけるＥＧＲ
制御のデューティ比とヒータ制御のデューティ比との関
係の暖機状態による変化を示す特性図

【図６】本発明の一実施例のヒータ制御における運転領
域に応じたヒータ制御のデューティ比特性を示す特性図

【図７】本発明の一実施例の燃料噴射制御におけるフィ
ードバック補正係数の設定を示すタイムチャート

【図８】本発明の一実施例のヒータ制御によるヒータ温
度の変化を示す特性図

【図９】本発明の一実施例のヒータ制御を実行するフロ
ーチャート

【図１０】本発明の一実施例の燃料噴射制御を実行する
フローチャート

【符号の説明】

１エンジン本体４吸気ポート８吸気通路１３エンジンコントロールユニット１４燃料噴射弁１５ヒータ１９ＥＧＲ通路２０ＥＧＲ制御弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｆ０２Ｄ 45/00 ３１２Ｂ 7536−3ＧＱ 7536−3ＧＦ０２Ｍ 31/135

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】吸気系に配置されたヒータと、エンジン
の暖機状態を検出する暖機検出手段と、前記暖機検出手
段の出力を受けエンジンの暖機時に吸気を加熱して燃料
の気化および霧化を促進させるよう前記ヒータに通電す
るヒータ通電制御手段と、前記暖機検出手段の出力を受
け該エンジンの暖機進行に伴って前記ヒータの熱量を徐
々に低下させるよう前記通電制御手段の設定を変更して
該ヒータへの通電量を完全非通電まで徐々に低減させる
通電量設定低減手段とを備えたことを特徴とするエンジ
ンの吸気加熱装置。
【請求項２】吸気系に排気ガスを導入する排気ガス還
流装置の排気ガス導入口を該排気ガス導入口から導入さ
れる排気ガスの熱がヒータに作用する位置に設定すると
ともに、前記排気ガス還流装置の作動時には非作動時に
比べて前記通電量設定低減手段による通電量低減の度合
を大きくする低減度合調整手段を設けた請求項１記載の
エンジンの吸気加熱装置。
【請求項３】低減度合調整手段は排気ガス還流装置に
よって吸気系に導入される排気ガス量が多い程通電量の
低減度合を大きくするものとした請求項２記載のエンジ
ンの吸気加熱装置。